基于红外遥控的开关电源.docx

基于红外遥控的开关电源.docx

《基于红外遥控的开关电源.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于红外遥控的开关电源.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于红外遥控的开关电源

遥

控

式

数

控

电

源

设

计

摘要

电源是电子设备的重要部件。

随着现代电子设备应用围越来越广，对其电源的要求也越来越高。

针对一些工作在恶劣环境（如高压、有毒气体、粉尘等）下的电子设备对低纹波、输出可调围宽的稳压电源的需要，如果能够实现既可红外遥控又具有低纹波、输出可调围宽等特点的稳压电源，那么这种电源既可以保证人身安全，又可大大提高工作效率。

本系统以C8051F020为核心，电压可预置，步进电压为1V，输出电压围为30V到36V，输出电流为0-2A。

可显示预置电压，实测电压，实测电流，实测效率。

该系统主要由最小单片机系统，PWM信号控制芯片TL494，开关电源升压主回路，A/D以及D/A组成。

系统通过红外传送数据给单片机送入预置电压值并与TL494形成闭环反馈回路，采样康铜丝上的电压间接推算出电流并显示。

本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小等优点。

关键词：

红外遥控，开关电源，TL494，boost电路

Abstract

Powersupplyisanimportantpartoftheelectronicequipment.Differentequipmentsrequiredifferentpowersupplies.Someelectronicmeasuringequipmentsneedsthevoltage-stabilizedpowersupplywithlowrippleandadjustmentofwide-rangeoutputvoltage.Moreover,someequipmentsworkinthescurvinessatmospherewithhighvoltage,poisonousgasordusty.Intheseinstances,theoutputofthepowersupplyadjustedbyaninfraredremotecontrollercaninsurethepersonalsafetyandimproveworkefficiency.

ForthissystemtoC8051F020corevoltagecanbepreset,steppingvoltageof1Voutputvoltagerangeof30Vto36V,outputcurrentis0-2A.Thatpresetvoltagecanbemeasuredvoltage,currentmeasurement,themeasuredefficiency.ThesystemmainlybythesmallestSCMsystem,TL494chipPWMcontrolsignal,themainboostswitchingpowersupplycircuit,A/DandD/Acomponent.ThroughinfraredremotecontrolthevoltageandtheTL494gaveaclosed-loopfeedbackloop,samplingthevoltagecopperwireKangindirectlycurrentandprojectedthat.Thesystemhasadjustedspeed,highprecision,lowvoltageadjustment,theadjustedrateslowload,highefficiency,noauxiliarypowersupplyplusaplate,theadvantagesofsmalloutputripple.

Keywords：

infraredremotecontrol；SwitchingPowerSupply;TL494;BoostCircuit.

第1章概述

1.1开关电源技术发展动向

1.小型、薄型、轻量化

由于电源轻、小、薄的关键使高频化，因此，国外目前都在致力于同步开发新型元器件，特别使改善二次整流管的损耗、变压器及电容小型化，并同时采用表面安装（SMT）技术在电路板两面布置元器件以确保开关电源的轻、小、薄。

2.高效率

开关电源高频化使传统的PWM开关（硬开关）功耗加大，效率降低，噪声也增大了，达不到高频、高效的预期效益，因此，实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源未来的主流。

采用软开关技术可以使效率达到85％～88％。

3.高可靠性

可用模块电源使用的元器件比线性工作电源多数十倍，因此，降低了可靠性。

追求寿命的延长要从设计方面着手，而不是从使用方面着想。

4.模块化

可用模块电源组成分布式电源系统；可以设计成N+1余电源系统，从而提高可靠性；可以做成插入式，实现热交换，从而在运行中出现故障时能快速更换模块插件；多台模块并联可实现大功率电源系统。

此外，还可以在电源系统建成后，根据发展需要不断扩大容量。

5.低噪声

开关电源又一缺点时噪声大，单纯追求电源高频化，噪声也随之增大。

采用部分谐振变换技术，在原理上说明可以高频化，又可以低噪声。

但谐振变换技术也有其难点，如果难准确地控制开关频率、谐振时增大了元器件负荷、场效应管的寄生电容易引起短路损耗元器件热应力转向开关管等问题难以解决。

6.抗电磁干扰（EMI）

当开关电源在高频下工作时，其噪声通过电源线产生对其他电子设备干扰，世界各国已有抗EMI的规或标准。

7.电源系统的管理和控制

应用微处理器或微机集中控制和管理，可以及时反映开关电源环境的各种变化。

中央处理单元实现智能控制，可自动诊断故障，减少维护工作量，确保正常运行。

8.计算机辅助设计（CAD）

利用计算机对开关电源进行CAD设计和模拟试验，十分有效，是最为快速经济的设计方法。

9.产品更新加快

目前开关电源产品要求输入电压通用（使用世界各国电网电压规模），输出电压围扩大（入计算机和工作站需要增加3.3V这一挡电压，程控需要增加直流150V电压），输入端公里因数进一步提高，具有安全、过压保护等功能。

[1-5]

1.2遥控技术在电源领域的应用

遥控技术是指对具有一定距离的被控目标实施控制。

按照传递遥控信号媒介的不同，遥控技术可以分为无线遥控和有线遥控。

有线遥控一般是利用金属导线或者光纤作为传输媒体；而无线遥控是利用无线电、红外光波、超声波等作为载体，不用导线，在空间传输[6-7]。

红外遥控是目前使用广泛的一种遥控手段，相比其他的遥控方式具有以下特点：

（1）红外线是一种光，沿直线传播，指向性强，在通过空间悬浮粒子时

不易发生散射，易于控制所指向的设备；

（2）红外光不能穿透墙壁等障碍物；

（3）借助一些有效措施（如光滤波、信号编码以及二次调制等）能避免由外界干扰引起的误动作

（4）红外遥控反应速度快，工作稳定可靠；

（5）红外遥控器体积小，价格廉，易于实现；

（6）红外辐射对人体无害。

因此红外遥控在近距离遥控方面具有优势，并且能够应用于高压，有毒气体，粉尘等恶劣环境。

目前遥控技术在电源领域的应用主要是对电源设备的监控和管理，所谓源集中控管理是采用计算机系统对分布在不同网点的电源设备进行遥控、遥测，实时监视设备的运行参数、及时发现和处理故障，实现电源设备的少人或无人值守和集中维护，例如空调电源或通信电源集中监控管理系统。

通常稳压电源的输出是固定不变的，然而某些测试仪器却需要电源的输出在一定围可调，甚至这些测试仪器还工作在非常恶劣的环境（如高压、粉尘、有毒气体）下，如果能够实现对这类测试仪器的电源进行遥控，可以大大提高操作的便捷性并且能够有效地保护人身安全。

然而通过遥控技术对电源输出进行遥控调节的研究还比较少。

第2章开关稳压电源电路结构及原理

直流稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源两类。

线性稳压电源的调整管工作在线性放大区，属于连续控制；而开关稳压电源的调整元件工作在开状态。

线性稳压电源又分为并联稳压电源和串联稳压电源两种。

并联稳压电源的调整元件与负载并联，通过改变调整管流过的电流的多少来适应输入电压的变化及负载电流的变化，以保持输出电压的稳定，并联稳压电路的缺点是全部输入电能都损耗在串联电阻和并联调整元件上，效率非常低，因而一般不采用并联稳压电路。

串联稳压电源的调整元件串联在输入端和负载之间，输出电压依靠调整元件改变自身的等效电阻来维持恒定。

2.1开关稳压电源的拓扑结构

开关电源的种类很多，包括6种基本的斩波电路：

降压斩波电路、升压电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路。

本系统采用的是升压斩波电路，下图是升压斩波电路的基本原理图。

图1开关稳压电源基本原理框图

输出电压Vo有公式：

式中为开关管的导通时间，即脉冲的宽度；T为脉冲周期；称为占空比。

所以开关稳压电路可通过改变开关脉冲的占空比来控制输出电压。

当输入电压或者负载发生变化导致输出电压升高或降低，可通过改变开关脉冲的占空比调节输出电压来实现稳压。

2.2开关稳压稳压电源的工作原理

当输入电压或负载发生变化引起输出电压增大或减小时，采样反馈电路将变化了的输出电压采样后送到比较放大电路与基准电压比较，比较的差值经放大电路放大后加到线性串联稳压电路中的调整管上，使调整管集输出电压减小或增大，系统增大或减小了的输出电压得到调整，输出电压得到稳定。

串联稳压电源工作过程如下：

如图1，假设由于输入电压Vs或负载电阻RL变化引起输出电压Vo有所降低（升高），采样电路将变化了的输出电压采样后送到比较放大电路与基准电压比较，比较的差值经放大加到线性串联稳压电路中的调整管上，引起调整管的极电压增大（减小），调整管基极电压的增大（减小）又引起调整管的基极电流增大（减小），基极电流的增大（减小）使调整管集电极一发射极等效电阻减小（增大），于是调整管集电极一发射极电压减小（增大），使串联稳压电路输出电压增大（降低），于是系统减小（升高）了的输出电压得到调整，输出电压得到稳定。

第3章开关电源电路设计

3.1DC-DC主回路拓扑

本设计以DC-DC变换器为核心，辅以隔离变压、整流滤波、控制显示等功能模块，完成开关稳压电源各项功能。

图2是升压式开关电源的主回路[9-11]。

图2电路主回路原理图

3.1.1主回路器件的选择及参数计算

在主回路的器件选择中主要是电感和电容，其中电感的选择方法计算如下：

Ioff：

场效应管关闭时流经电感的电流；Ion：

场效应管导通时流经电感的流；Vin：

经整流滤波后输出电压；Vo：

输出电压；VL：

电感两端电压；T：

开关周期；Ton：

一个周期开关导通时间；Toff：

一个周期开关关闭时间；D：

占空因数。

流经电感的电流表达式：

i（t）=i（0）+∫VL/Ldt

MOSFET导通时流经电感的电流：

iL=Ioff+∫VL/Ldt=Ioff+VL*t/L

MOSFET关闭时流经电感的电流：

iL=Ion-（Vo-Vin）/Ldt=Ion-（Vo-Vin）*t/L，则：

Ion=Ioff+Vin*Ton/L

（1）

Ioff=Ion-（Vo-Vin）*Toff/L

（2）

由

（1）

（2）两式可得：

Vo=Vin*T/（T-Ton）=Vin*1/（1-D）

上式即为开关电路的输出电压与输入电压的关系。

在导通期间电路消耗的能量为：

Eon=